(57)【要約】【課題】本発明は、基板上に塗布された感光性樹脂組成物をブラックマトリクス、若しくは着色パタ−ンとして形成するカラ−フィルタ製造方法の露光・現像工程において、プロキシミティ露光方式を用いた露光で、高解像度のパターン形成を可能にし、量産性を向上させ、かつ、高品質の製品を提供するための現像装置及び露光・現像方法を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、カラーフィルタ製造における露光・現像方法、現像装置であって、プロキシミティ露光方式で低照度露光を行う、ノズルからの現像液吐出圧が高圧である現像方式で現像を行う、現像・リンス後水洗では水素水超音波洗浄を行う、ことによって高解像度・高品質な製品を提供する。【選択図】図１
2007094311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低照度の光で感光性樹脂組成物を露光することを特徴とするプロキシミティ露光方法。
【請求項２】
前記低照度の光が、ｇ、ｈ、ｉ線を合算した照度が２ｍｗ／ｃｍ２〜１０ｍｗ／ｃｍ２の光であることを特徴とする請求項１に記載のプロキシミティ露光方法。
【請求項３】
露光された感光性樹脂組成物を
（１）   現像液を高圧で噴霧する現像工程と、
（２）   エアーと現像液を混合して噴霧する現像工程と、
の少なくとも一方を行うことを特徴とする現像方法。
【請求項４】
請求項１あるいは２のプロキシミティ露光方法で露光された感光性樹脂組成物を、請求項３に記載の現像方法で現像することを特徴とする露光・現像方法。
【請求項５】
露光・現像した感光性樹脂組成物に、８００ｋＨｚ〜２ＭＨｚの超音波を当てた水素水を吐出することにより洗浄を行うことを特徴とする洗浄方法。
【請求項６】
請求項４に記載の露光・現像方法により露光・現像された感光性樹脂組成物を請求項５に記載の洗浄方法により洗浄することを特徴とする露光・現像・洗浄方法。
【請求項７】
１０ｍＪ／ｃｍ２以下では感光しない感光性樹脂組成物に対して露光を行うことを特徴とするプロキシミティ露光方法。
【請求項８】
請求項７に記載のプロキシミティ露光方法により露光した後に、請求項３に記載の現像方法により現像することを特徴とする露光・現像方法。
【請求項９】
請求項８に記載の露光・現像方法により露光現像した後に、請求項５に記載の洗浄を行うことを特徴とする露光・現像・洗浄方法。
【請求項１０】
低照度の光を照射するランプを有することを特徴とするプロキシミティ露光装置。
【請求項１１】
前記ランプから照射される光が、ｇ、ｈ、ｉ線を合算した照度が２ｍｗ／ｃｍ２〜１０ｍｗ／ｃｍ２であることを特徴する請求項１０に記載のプロキシミティ露光装置。
【請求項１２】
（１）現像液を高圧で噴霧するノズルスプレー機構を用いて現像を行う現像ユニットＡと、
（２）エアーと現像液を混合して噴霧する２流体ノズルスプレー機構を用いて現像を行う現像ユニットＢと、
の少なくとも一方を具備することを特徴とする現像装置。
【請求項１３】
請求項１０あるいは１１に記載のプロキシミティ露光装置と請求項１２に記載の現像装置とを有することを特徴とする露光・現像装置。
【請求項１４】
８００ｋＨｚ〜２ＭＨｚの超音波を当てた水素水を吐出するシャワーノズル機構を用いて洗浄を行う水素水超音波洗浄ユニットを具備することを特徴とする洗浄装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載の露光・現像装置と請求項１４に記載の洗浄装置とを有することを特徴とする露光・現像・洗浄装置。
【請求項１６】
（１）前記現像ユニットＡにおける現像液吐出の圧力が０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａであること、
（２）前記現像ユニットＢにおける現像液吐出の圧力が０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａ、かつ、エアー圧力が０．１ＭＰａ〜１Ｍｐａであること、
（３）前記水素水超音波洗浄ユニットに使用する水素水濃度が０．３ｐｐｍ〜１．３ｐｐｍ以下であること、
を特徴とする請求項１５記載の露光・現像・洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフォトリソグラフィ分野の露光・現像・洗浄に関するものであり、特にカラーフィルタの製造において、ブラックマトリクス、着色画素を形成する際の露光・現像・洗浄方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ等に用いられるカラーフィルタは微細な黒、赤、緑、青等のパターンからなる光学素子である。カラーフィルタの製造工程は、洗浄したガラス等の透明基板上に感光性レジストを塗布、露光、現像する工程からなり、各色について同様の工程を繰り返して製造する。以下にカラーフィルタ製造における露光工程の観点から従来技術と課題について説明する。
【０００３】
カラーフィルタ製造における露光工程は、基板上に塗布された感光性樹脂組成物にマスクを介して光を照射することでマスク設計どおりのパターンを形成する工程であり、方式としてはプロキシミティ露光方式と投影露光方式が用いられている。
【０００４】
基板上にパターンを形成する方法の一つとして、感光性樹脂組成物が塗布された基板とマスクが接した状態で露光する方法があるが、これは製品の不良の原因となるマスクの欠損や汚れの発生という問題がある。そのため、プロキシミティ露光、投影露光いずれの方式においても基板とマスクが触れないように基板−マスク間にギャップを持たせて露光を行うことで基板上にパターンを形成する。
【０００５】
プロキシミティ露光方式では、基板−マスク間にギャップがあることで、マスクを介して透過した光の回折によって、パターン周辺の感光性樹脂組成物も感光してしまい細線や複雑な形状など高解像度のパターン形成が困難であることが知られている。露光波長に比べてパターン幅が狭いほど回折は顕著になり、マスク設計どおりにパターンを形成できない問題がある。
【０００６】
投影露光方式は、マスクを介して透過した光を基板上に結像させることによってマスク設計どおりに高解像度のパターン形成を可能にした方式であり、基板サイズの大型化によりマスクサイズがない品種、複雑な形状や細線化など高い解像力が求められる品種に有利であるが、量産性が低いことがネックとなり積極的な導入の妨げになっている。
【０００７】
市場の需要に伴うディスプレイの大型化から年々フォトリソグラフィによるカラーフィルタ製造ラインは大型化の一途をたどっている。また、ディスプレイの性能向上要求に対応するため複雑な形状や細線パターン形成など高い技術が求められている。一方で、カラーフィルタを安価に提供することが望まれていることから、カラーフィルタ製造工程でのコストダウンが課題になっている。
【特許文献１】特開２００３−７５６２４号公報
【特許文献２】特開２０００−１０５３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、露光・現像・洗浄工程、特には、基板上に塗布された感光性樹脂組成物をブラックマトリクス、若しくは着色パタ−ンとして形成するカラ−フィルタ製造方法の露光・現像工程において、プロキシミティ露光方式を用いた露光と高圧現像・水素水超音波洗浄をそれぞれ実施することで、高解像度のパターン形成を可能にし、量産性を向上させ、かつ、高品質の製品を提供するための露光・現像・洗浄方法および露光・現像・洗浄装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、露光・現像方法、現像装置、特には、カラーフィルタ製造における露光・現像方法、現像装置であって、プロキシミティ露光方式で低照度露光を行い、また、現像液吐出圧が高圧である現像方式を用いて現像を行い、また、現像・リンス後水洗では水素水超音波洗浄を行うことによって高解像度・高品質な製品を提供する。
【００１０】
請求項１に記載の発明は、
低照度の光で感光性樹脂組成物を露光することを特徴とするプロキシミティ露光方法である。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、
前記低照度の光が、ｇ、ｈ、ｉ線を合算した照度が２ｍｗ／ｃｍ２〜１０ｍｗ／ｃｍ２の光であることを特徴とする請求項１に記載のプロキシミティ露光方法である。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、
露光された感光性樹脂組成物を
（３）   現像液を高圧で噴霧する現像工程と、
（４）   エアーと現像液を混合して噴霧する現像工程と、
の少なくとも一方を行うことを特徴とする現像方法である。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、
請求項１あるいは２のプロキシミティ露光方法で露光された感光性樹脂組成物を、請求項３に記載の現像方法で現像することを特徴とする露光・現像方法である。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、
露光・現像した感光性樹脂組成物に、８００ｋＨｚ〜２ＭＨｚの超音波を当てた水素水を吐出することにより洗浄を行うことを特徴とする洗浄方法である。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、
請求項４に記載の露光・現像方法により露光・現像された感光性樹脂組成物を請求項５に記載の洗浄方法により洗浄することを特徴とする露光・現像・洗浄方法である。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、
１０ｍＪ／ｃｍ２以下では感光しない感光性樹脂組成物に対して露光を行うことを特徴とするプロキシミティ露光方法である。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、
請求項７に記載のプロキシミティ露光方法により露光した後に、請求項３に記載の現像方法により現像することを特徴とする露光・現像方法である。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、
請求項８に記載の露光・現像方法により露光現像した後に、請求項５に記載の洗浄を行うことを特徴とする露光・現像・洗浄方法である。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、
低照度の光を照射するランプを有することを特徴とするプロキシミティ露光装置である。
【００２０】
請求項１１に記載の発明は、
前記ランプから照射される光が、ｇ、ｈ、ｉ線を合算した照度が２ｍｗ／ｃｍ２〜１０ｍｗ／ｃｍ２であることを特徴する請求項１０に記載のプロキシミティ露光装置である。
【００２１】
請求項１２に記載の発明は、
（１）現像液を高圧で噴霧するノズルスプレー機構を用いて現像を行う現像ユニットＡと、
（２）エアーと現像液を混合して噴霧する２流体ノズルスプレー機構を用いて現像を行う現像ユニットＢと、
の少なくとも一方を具備することを特徴とする現像装置である。
【００２２】
請求項１３に記載の発明は、
請求項１０あるいは１１に記載のプロキシミティ露光装置と請求項１２に記載の現像装置とを有することを特徴とする露光・現像装置である。
【００２３】
請求項１４に記載の発明は、
８００ｋＨｚ〜２ＭＨｚの超音波を当てた水素水を吐出するシャワーノズル機構を用いて洗浄を行う水素水超音波洗浄ユニットを具備することを特徴とする洗浄装置である。
【００２４】
請求項１５に記載の発明は、
請求項１３に記載の露光・現像装置と請求項１４に記載の洗浄装置とを有することを特徴とする露光・現像・洗浄装置である。
【００２５】
請求項１６に記載の発明は、
（１）前記現像ユニットＡにおける現像液吐出の圧力が０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａであること、
（２）前記現像ユニットＢにおける現像液吐出の圧力が０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａ、かつ、エアー圧力が０．１ＭＰａ〜１Ｍｐａであること、
（３）前記水素水超音波洗浄ユニットに使用する水素水濃度が０．３ｐｐｍ〜１．３ｐｐｍ以下であること、
を特徴とする請求項１５記載の露光・現像・洗浄装置である。
【発明の効果】
【００２６】
プロキシミティ露光においてマスクを介して露光された光の強度は、回折や光源のコリメーション半角に対応した広がりによって形成されるパターンにぼけや丸まりが生じる。図１にプロキシミティ露光における光強度分布のイメージ図を示す。外側ほど露光量が少なくなっている。
【００２７】
図１に示すように、通常現像されたパターンは丸みを帯びてしまうが、感光性樹脂組成物はパターン形成可能な露光量のしきい値以下ではパターン形成されないため、本発明によれば、パターン周辺での露光量がしきい値以下となる条件で露光する、または、パターン周辺への露光量では感光しない感光性樹脂組成物を用いることでぼけの影響が軽減されたパターン形状を作成可能である。
【００２８】
本発明によれば、図１の光強度分布内に示した黒線の外側がパターンとして基板上に残存しないことで光の回折によるぼけの影響を最小限に抑えたパターンが形成可能になる。たとえば、図１に示した黒線上の感光性樹脂組成物の残膜率が２０％であるとすると、図２の実線Ａに示すような感度曲線が得られるようにレジスト感度を調整することで、しきい値が明瞭となり設定したしきい値以下で感光した感光性樹脂組成物はパターンとして残存しなくなる。これによって、光の回折によるぼけの影響を最小限に抑えたパターンが形成可能になる。
【００２９】
また、本発明の現像水洗方法および装置を用いることでしきい値以下のパターンを除去することが可能になる。これによってさらにエッジ形状が整ったパターンの形成が可能となる。
【００３０】
すなわち、本発明により、プロキシミティ露光方式において高解像度のパターン形成が達成可能となる。
【００３１】
また、プロキシミティ露光方式で高解像度を達成できることで、量産性を向上させ、かつ、高品質の製品を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に、本発明による露光・現像・洗浄方法および露光・現像・洗浄装置を、その実施の形態に基づいて説明する。
【００３３】
図３は、本発明における露光・現像・洗浄装置の一実施例を示した図である。本発明によるカラーフィルタ製造用現像装置は、搬入装置１０、現像槽２０、リンス槽３０、残渣除去槽４０、洗浄槽５０、搬出装置６０、及び、基板を搬送するコンベア装置７０で構成される。
【００３４】
用いる感光性樹脂組成物としては、パターン周辺への光の回折によるぼけの影響で形状が丸みを帯びるのを抑制するために、しきい値に設定した露光量における残膜率を２０％程度になるような材料を選定して使用することが望ましい。また、感光する露光量から１０ｍＪ／ｃｍ２以内で飽和露光量まで達する感光性樹脂組成物を用いることが望ましい。感光する露光量と飽和露光量の差は小さければ小さいほどよい。
【００３５】
まず、基板上に感光性樹脂組成物を塗布した後、照度２ｍＷ／ｃｍ２〜１０ｍＷ／ｃｍ２、露光ギャップ５０μｍ〜３００μｍの範囲でプロキシミティ露光してパターンを形成する。この際、照度を低くするために方法としては、ＮＤフィルタを使用する、または、低照度のランプを使用する、または、コリメーション半角を絞ることなどが望ましい。照度を低くすることにより、時間当たりのラジカル生成量が少なくなること、酸素阻害による失活があることで、高照度露光と比較して重合の進行が異なる。そのため、光の回折によるぼけの部分の硬化度がさがり、解像度が上がる。照度が２ｍＷ／ｃｍ２以下であると、露光時間が長くなり、タクトの悪化となり好ましくない。また、照度が１０ｍＷ／ｃｍ２以上であると、低照度露光による高解像化の効果が得られない。
【００３６】
次に低照度露光した基板を現像槽２０において、高圧で噴霧するノズルスプレー機構２１により、吐出圧力０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａの範囲で現像液をシャワー状に噴霧して未露光部の感光性樹脂組成物と露光時の光の回折によってパターン周辺で感光した感光性樹脂組成物を溶融させ除去する。使用する現像液としては、界面活性剤を含む水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどの無機アルカリ溶液、または有機アルカリ溶液を用いる。なお吐出圧力が０．１ＭＰａ以下であると、吐出圧による感光性樹脂組成物の除去効果が得られず、また、吐出圧力が１０ＭＰａ以上であると、形成したパターンに影響があるため好ましくない。
また、現像液にエアーを混入させる場合も現像液吐出圧と同等の理由で、エアー圧力は、０．１ＭＰａ〜１ＭＰａの範囲が望ましい。
【００３７】
リンス槽３０においては、低圧で噴霧するノズルスプレー機構３２により純水を、吐出圧１ＭＰａ以下でシャワー状に噴霧して、現像槽２０で除去されなかった基板上に残存する感光性樹脂組成物を除去し、基板を洗浄する。
【００３８】
残渣除去槽４０においては、８００ｋＨｚ〜２ＭＨｚの超音波を当てた水素水を低圧で吐出するシャワーノズル機構４１によりカーテン状に吐出して、リンス槽３０でも除去されなかった基板上に残存する感光性樹脂組成物と露光時のぼけによってパターン周辺で感光した感光性樹脂組成物を除去し、基板を洗浄する。水素水の水素濃度は０．３ｐｐｍ〜１．３ｐｐｍの範囲が好ましい。
超音波の周波数は、水素ラジカルが発生しやすい８００ｋＨｚ〜２ＭＨｚとした。
水素水の水素濃度は、０．３ｐｐｍ以下だと、水素水で水洗する効果が得られない。また、１．３ｐｐｍ以上は、効果が同等である。
【００３９】
なお、図２において、３１はアクアナイフ、５２はエアーナイフを示している。
【実施例１】
【００４０】
以下、実施例に沿った具体的な説明を行う。
【００４１】
ガラスサイズ６８０×８８０ｍｍのガラス基板に、顔料を分散させた感光性樹脂組成物を塗布装置により塗布を行い、次いで照度２ｍＷ／ｃｍ２で３０ｍＪ／ｃｍ２までプロキシミティ露光を行い、本発明の現像装置にて現像を行う作業を下記要領にて連続的に行った。
【００４２】
実施例１では、図２の実線Ａに示したように１０ｍＪ／ｃｍ２以下では感光せず、感光する露光量から飽和露光量まで５ｍＪ／ｃｍ２である感光性樹脂組成物を用いた。
【００４３】
現像槽２０において、高圧で噴霧するノズルスプレー機構２１により、無機アルカリ現像液を２６℃、吐出圧力５ＭＰａの条件で基板にシャワー状に噴霧して、未露光部の感光性樹脂組成物と露光時の光の回折によってパターン周辺で感光した感光性樹脂組成物を溶融させ除去した。
【００４４】
続いてリンス槽３０において、低圧で噴霧するノズルスプレー機構３２により、純水を吐出圧力０．３ＭＰａの条件で基板にシャワー状に噴霧して、現像槽２０で除去されなかった基板上に残存する感光性樹脂組成物を除去し、基板を洗浄した。
【００４５】
リンス槽に続いて残渣除去槽４０において、８００ｋＨｚ〜２ＭＨｚの超音波を当てた水素濃度１．３ｐｐｍの水素水をシャワーノズル機構４１により基板にカーテン状に吐出して、リンス槽３０でも除去されなかった基板上に残存する感光性樹脂組成物と露光時の光の回折によってパターン周辺で感光した感光性樹脂組成物を除去し、基板を洗浄した。
【００４６】
基板の搬送速度は４ｍ／ｍｉｎとした。このようにして得られたカラーフィルタは、感光性樹脂組成物の残渣がないこと、露光時のぼけによってパターン周辺で感光した感光性樹脂組成物が除去されたことでエッジ形状が整い、かつ、光の回折によって丸みを帯びたパターンコーナー部もシャープである高解像度パターンの形成が確認された。
【００４７】
＜比較例１＞
ランプ照度３０ｍＷ／ｃｍ２で実施例１と同様にしてカラーフィルタを作成したところ、パターン周辺で感光した感光性樹脂組成物が除去されず、露光時の光の回折に伴う丸み形状が解消されなかった。
【００４８】
＜比較例２＞
図２の破線Ｂに示したように１０ｍＪ／ｃｍ２で感光し、飽和露光量が３０ｍＪ／ｃｍ２であるレジストを用いて実施例１と同様の現像水洗工程を実施したところ、実施例１で得られたパターンと同等のパターンを形成するためのしきい値が高くなるためパターン周辺で感光した感光性樹脂組成物の除去が困難であり、露光時の光の回折に伴うパターンの丸みが解消されない、テーパー形状が悪い様子が観察された。
【００４９】
＜比較例３＞
残渣除去槽４０の水素水超音波洗浄を作動させずに純水シャワーのみで水洗を実施して、使用する感光性樹脂組成物や現像液、現像の条件などは実施例１と同様にしてカラーフィルタを作成したところ、得られたカラーフィルタには除去しきれなかった感光性樹脂組成物の残渣、露光時の光の回折によってパターン周辺で感光した感光性樹脂組成物の残渣が確認された。また、水素水超音波洗浄を実施したカラーフィルタと比較してパターンのテーパー形状が悪化する結果が得られた。
【００５０】
＜比較例４＞
残渣除去槽４０の水素水超音波洗浄を作動させずにエアーと純水を混合した高圧シャワー水洗を実施して、使用する感光性樹脂組成物や現像液、現像の条件などは実施例１と同様にしてカラーフィルタを作成したところ、得られたカラーフィルタは感光性樹脂組成物の残渣が除去されていることを確認した。しかし、露光時の光の回折によってパターン周辺で感光した感光性樹脂組成物の残渣は完全には除去されず、また、実施例１で作成したカラーフィルタと比較して、パターン直進性やテーパー形状が悪化する結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】プロキシミティ露光における光強度分布を示した図である。
【図２】実施例、比較例で使用したレジストの感度曲線を示した図である。
【図３】本発明における現像装置の一実施例を示した図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０・・・搬入装置
１１・・・ガラス基板
２０・・・現像槽
２１・・・高圧ノズルスプレー機構
３０・・・リンス槽
３１・・・アクアナイフ
３２・・・低圧ノズルスプレー機構
４０・・・残渣除去槽
４１・・・低圧ノズルスプレー機構
５０・・・洗浄槽
５１・・・低圧ノズルスプレー機構
５２・・・エアーナイフ
６０・・・搬出装置
７０・・・基板搬送用コンベア
【図１】
2007094311.tif 000003
【図２】
2007094311.tif 000004
【図３】
2007094311.tif 000005